1. Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren zum Bewerten eines
aktuellen Plans eines Fertigungsprozesses zur Fertigung eines zu fertigenden Produktes.
Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes technisches System sowie Computerprogrammprodukt.
2. Stand der Technik
[0002] Die additive Fertigung ("additive manufacturing") gewinnt als Fertigungsverfahren
innerhalb der Fertigungstechnologien zunehmend an Bedeutung. Dabei wird die additive
Fertigung im industriellen Kontext auch als 3D-Druck bezeichnet und unterscheidet
sich grundlegend von konventionellen Fertigungsprozessen.
[0003] Der Fertigungsprozess besteht bei der additiven Fertigung aus dem Druck der Komponenten
oder der Bauteile und weiteren nachgelagerten Bearbeitungsschritten. Der Druckprozess
selbst wird durch zahlreiche Prozessparameter, wie die Schmelzleistung, die Materialvorschubgeschwindigkeit,
die Verfahrgeschwindigkeit der Achsen und die Temperatur des Materialbetts aber auch
der Auswahl des Druckers sowie der Lage der Objekte im Raum etc. beeinflusst. Mögliche
Nachbearbeitungsschritte sind die Oberflächenbehandlung, das Kühlen und das Entfernen
von Stützstrukturen etc.
[0004] Ferner eignet sich die additive Fertigung für die Fertigung von Anschauungs- und
Funktionsprototypen ("Rapid Prototyping"), Endprodukten ("Rapid Manufacturing") sowie
Werkzeugen und Formen ("Rapid Tooling"). Es sind ferner unterschiedliche Techniken
der additiven Fertigung bekannt, beispielsweise das Schmelzschichtungsverfahren (Fused
Deposition Modeling - FDM), das selektive Lasersintern (SLS), das selektive Laserschmelzen
(SLM) und das Auftragsschweißen.
[0005] Nachteilig an der additiven Fertigung sind jedoch die hohen Kosten. Die Produktionskosten
übersteigen in vielen Fällen noch die Kosten herkömmlicher Fertigungsprozesse. Ein
Grund hierfür liegt in der derzeit noch stark schwankenden Stabilität und Reproduzierbarkeit
des Additiven Fertigungs-Prozesses.
[0006] Das Endresultat des Additiven Fertigungs-Prozesses wird durch die Prozessparameter
der einzelnen Prozessschritte und die Verteilung dieser Prozessschritte auf die zur
Auswahl stehenden Fertigungsvorrichtungen signifikant beeinflusst. Die Definition,
Parametrierung, Umsetzung sowie Optimierung des Additiven Fertigungs-Prozesses erfolgt
herkömmlicherweise gemäß dem Stand der Technik erfahrungsbasiert und ist somit von
der individuellen Erfahrung ("trial and error") eines Experten abhängig. Dadurch entsteht
meist ein relativ hoher unerwünschter Anteil an Ausschuss. Darüber hinaus hängt auch
die Qualität des finalen Ergebnisses des Additiven Fertigungs-Prozesses von seiner
Erfahrung ab und ist folglich im Vorhinein schlecht bewertbar und stellt sich oft
als unzureichend heraus. Der hohe Ausschuss und die oftmals mangelnde Qualität erhöhen
ggf. die Nachbereitungskosten oder wirken direkt negativ Produktionskosten.
[0007] Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die objektive technische Aufgabe ein
computer-implementiertes Verfahren zum Bewerten eines aktuellen Plans eines Fertigungsprozesses
zur Fertigung eines zu fertigenden Produktes bereitzustellen, welches zuverlässiger
und effizienter ist und dessen zu erwartendes Ergebnis vor Ausführung des Plans ermittelt
werden kann.
3. Zusammenfassung der Erfindung
[0008] Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein computer-implementiertes
Verfahren zum Bewerten eines aktuellen Plans eines Fertigungsprozesses zur Fertigung
eines zu fertigenden Produktes gelöst; wobei
der aktuelle Fertigungsprozess eine Mehrzahl von Prozessschritten in einer Abfolge
aufweist; wobei
das zu fertigende Produkt im aktuellen Fertigungsprozess mittels mindestens einer
Fertigungsvorrichtung gefertigt wird;
aufweisend die Schritte
- a. Bereitstellen einer Mehrzahl von Key-Performance-Indikatoren, KPIs, für das zu
fertigende Produkt;
- b. Ermitteln eines Gesamt-Key-Performance-Indikators für das zu fertigende Produkt
aus der Mehrzahl der Key-Performance-Indikatoren mittels einer ersten Regel;
- c. Erfassen mindestens eines Prozessparameters für jeden Prozessschritt der Mehrzahl
der Prozessschritte durch mindestens eine Erfassungseinheit;
- d. Bewerten des aktuellen Plans des Fertigungsprozesses auf Basis des Gesamt-Key-Performance-Indikators
und der erfassten Prozessparameter mittels einer zweiten Regel in Abhängigkeit von
dem zu fertigenden Produkt; und
- e. Durchführen mindestens einer Anpassungsmaßnahme, mindestens einer Verwerfungsmaßnahme
hinsichtlich des Fertigungsprozesses oder Beibehaltung des Fertigungsprozesses in
Abhängigkeit von der Bewertung.
[0009] Dementsprechend ist die Erfindung auf ein computer-implementiertes Verfahren zum
Bewerten eines aktuellen Plans eines Fertigungsprozesses gerichtet. Der Plan ist vorzugsweise
ein digitaler Plan, der die Prozessschritte, die Abfolge oder Reihenfolge der Prozessschritte,
die zugeordneten Fertigungsvorrichtungen und/oder die Parameter umfassen kann. Die
Fertigung kann auch als Produktion bezeichnet werden. Mit anderen Worten wird der
aktuelle Plan hinsichtlich des Fertigungsprozesses analysiert und bewertet. Der Fertigungsprozess
dient der Fertigung des zu fertigenden Produktes. Das Produkt wird in unterschiedlichen
Prozessschritten mittels einer Fertigungsvorrichtung gefertigt. Für die Prozessschritte
können eine oder auch mehrere gleiche oder unterschiedliche Fertigungsvorrichtungen
zum Einsatz kommen.
[0010] Der Eingabedatensatz für die Bewertung umfasst einen Gesamt-KPI und mehrere Prozessparameter.
In den ersten beiden Schritten wird ein Gesamt-KPI auf Basis einer Mehrzahl von KPIs
für das zu fertigende Produkt mittels einer ersten Regel ermittelt. Die KPIs können
dabei über eine oder mehrere Schnittstellen empfangen werden. Die KPIs dienen der
formalen Zieldefinition des Produkts. Mit anderen Worten werden die gewünschten Eigenschaften
des Produkts mithilfe der KPIs beschrieben. Der Gesamt-KPI definiert das Gesamtziel
für das Produkt.
[0011] Im dritten Schritt werden die Prozessparameter für die Prozessschritte erfasst. Die
Datenerfassung erfolgt durch eine oder mehrere Erfassungseinheiten. Beispielsweise
können für unterschiedliche Prozessparameter und/oder Datentypen auch unterschiedliche
Erfassungseinheiten eingesetzt werden. Für die Erfassung der Temperatur als ein Prozessparameter
im Prozessschritt "Cooling" kann eine Temperatursensor verwendet werden. Mit anderen
Worten werden die Prozessparameter, die in den einzelnen Prozessschritten verwendet
werden, erfasst und gesammelt. Zusätzlich zu den Prozessparametern können auch die
erreichten Ergebnisse und/oder andere Informationen gesammelt werden. Dies gilt insbesondere
für das Sammeln der verschiedenen KPIs, so dass eine finale Bewertung jedes erfassten
Prozesses automatisiert möglich ist.
[0012] Der der aktuelle Plan des Fertigungsprozesses wird anhand des Eingabedatensatz im
Bewertungsschritt mittels einer zweiten Regel in Abhängigkeit des zu fertigenden Produktes
bewertet. Die Bewertung kann auch als systematische Analyse bezeichnet werden.
[0013] Abhängig von der Bewertung wird im Schritt eine Maßnahme eingeleitet, entweder eine
Anpassungsmaßnahme zur Anpassung des aktuellen Plans oder aber zu seiner Verwerfung.
Alternativ wird keine Maßnahme ergriffen, somit bleibt der aktuelle Fertigungsprozess
oder der aktuelle unverändert bzw. wird beibehalten.
[0014] Mit anderen Worten ist die Bewertung erforderlich, um zu ermitteln, ob eine oder
mehrere Maßnahmen erforderlich sind und eingeleitet werden müssen oder aber keine
Maßnahmen erforderlich sind.
[0015] Bei der Anpassung erfolgt eine Änderung. Die Änderung kann das Hinzufügen oder das
Entfernen eines oder mehrerer Faktoren des Fertigungsprozesses, wie Fertigungsvorrichtung
oder Eingabedaten, umfassen. Beispielsweise kann eine Fertigungsvorrichtung durch
eine andere ersetzt werden oder Prozessparameter geändert werden etc. Bei der Verwerfung
wird der aktuelle Fertigungsprozess gestoppt und unterbrochen oder beendet.
[0016] Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt eine systematische Erfassung der Daten
über alle Prozessschritte des additiven Fertigungs-Prozesses, inklusive der jeweils
erreichten Produktqualität bezogen auf die für das Produkt relevanten KPIs sowie eine
abschließende Zusammenführung der Daten aus den einzelnen Prozessschritten aller Fertigungsvorrichtungen
für eine systematische Nutzung.
[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren hängt vorteilhafterweise nicht von den Erfahrungen
eines Experten ab und ist folglich zuverlässiger sowie effizienter. Der Ausschuss
an Produkten wird verringert, die Produktqualität wird erhöht und die Kosten werden
insgesamt verringert.
[0018] Durch die Bewertung und die anschließenden Maßnahmen kann der Fertigungsprozess vorteilhafterweise
verbessert und optimiert werden. Neue Fertigungsprozesse können geplant werden. Bestehende
Fertigungsprozesse können verbessert und optimiert werden.
[0019] In einer Ausgestaltung ist die Fertigung eine additive Fertigung, AM (Additive Manufacturing).
[0020] In einer weiteren Ausgestaltung liegt der aktuelle Plan in einem digitalen oder maschinenlesbaren
Format vor.
[0021] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Erfassungseinheit eine Sensoreinheit, Kameraeinheit
oder Bilderkennungseinheit.
[0022] In einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Regel eine Aggregationsregel, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einer Gewichtungsregel und einer Bedeutungsregel, z.
B. Gewichteter Mittelwert.
[0023] In einer weiteren Ausgestaltung ist die zweite Regel ein Reinforcement Learning-Ansatz,
ein simulativer Ansatz oder ein stochastischer Ansatz.
[0024] In einer weiteren Ausgestaltung ist die mindestens eine Anpassungsmaßnahme eine Maßnahme,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:
- Anpassen des mindestens einen Key-Performance-Indikators aus der Mehrzahl der Key-Performance-Indikatoren;
- Anpassen des mindestens einen Prozessparameters;
- Anpassen des Ablaufs der Prozessschritte der Mehrzahl der Prozessschritte des Fertigungsprozesses;
- Anpassen des mindestens einen Prozessschritts der Mehrzahl der Prozessschritte des
Fertigungsprozesses;
- Anpassen der mindestens einen Erfassungseinheit;
- Anpassen der mindestens einen Fertigungsvorrichtung; und
- Anpassen der ersten Regel oder zweiten Regel.
[0025] Dementsprechend wird nach der Bewertung mittels der Anpassungsmaßnahme die Anpassung
durchgeführt. Die Anpassung kann auch als Änderung bezeichnet werden. Die Bewertung
kann beispielsweise ergeben, dass ein oder mehrere Faktoren angepasst werden müssen.
Die Faktoren können entfernt, ausgetauscht oder hinzugefügt werden.
[0026] Beispielsweise ist eine Fertigungsvorrichtung sicherheitsrelevant oder sicherheits-kritisch
und weist ein Fehlverhalten oder eine Fehlfunktion auf. Die als fehlerhaft erkannte
Fertigungsvorrichtung kann vorteilhafterweise nach der Bewertung durch eine andere
funktionsfähige Vorrichtung ersetzt werden. Alternativ kann auch eine andere Vorrichtung
effizienter in Bezug auf den Fertigungsprozess sein, beispielsweise hinsichtlich Produktionszeiten
oder Kosten, und ausgewählt werden.
[0027] Ferner kann die Bewertung ergeben, dass eine Fertigungsvorrichtung eine nachteilige
Auswirkung auf Mensch und/oder Maschine, wie technisches System oder Steuerung, hat.
Die Auswirkung kann beispielsweise eine Fehlsteuerung des technischen Systems oder
einer Einheit sein und die Sicherheit von Mensch und/oder Maschine gefährden. In diesem
Fall kann eine Maßnahme zuverlässig und effizient eingeleitet werden, um die Gefahr
zu beseitigen. Die Maßnahme kann die Abschaltung der Fertigungsvorrichtung betreffen
und/oder deren Austausch.
[0028] Somit wird die Sicherheit des Fertigungsprozesses erheblich verbessert, ein Mensch-
und/oder ein Maschinen-Schaden wird zuverlässig verhindert und der Fertigungsprozess
insgesamt effizienter.
[0029] Ferner können die KPIs flexibel und dynamisch erweitert werden, folglich die KPIs
und die Produktqualität vorteilhafterweise an die Bedürfnisse oder konkrete Anwendung
wie Produkt angepasst werden. Dadurch wird die Produktqualität verbessert.
[0030] Weiterhin kann die Produktqualität optimiert werden, in dem Sinne dass auch eine
verringerte Qualität bei geringeren Kosten gewünscht sein kann.
[0031] Die Maßnahmen können gleichzeitig, nacheinander oder auch stufenweise durchgeführt
werden. Sie werden vorteilhafterweise zeitnah sowie effizient ergriffen.
[0032] Die Anpassung des aktuellen Fertigungsprozesses oder des aktuellen Plans resultiert
in einen angepassten Plan als Ausgabedatensatz.
[0033] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Verfahren weiterhin mindestens einen der
folgenden Schritte auf:
- Bereitstellen des angepassten Plans nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme;
- Speichern des angepassten Plans nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme
in einer Speichereinheit, wobei die Speichereinheit als ein flüchtiges oder nicht-flüchtiges
Speichermedium ausgebildet ist, bevorzugt als Datenbank oder als Cloud;
- Einleiten der Fertigung des zu fertigenden Produktes nach Durchführung der mindestens
einen Anpassungsmaßnahme;
- Fertigen des zu fertigenden Produktes anhand des angepassten Plans durch die mindestens
eine Fertigungsvorrichtung nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme;
und
- Übermitteln des angepassten Plans an die mindestens eine Fertigungsvorrichtung oder
andere technische Einheit zur Fertigung nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme.
[0034] Der Ausgabedatensatz kann in einem oder mehreren weiteren Schritten behandelt werden.
Die Schritte sind auf die Bereitstellung, Speicherung oder Übermittlung des Ausgabedatensatzes
gerichtet sowie auf die Fertigung des zu fertigenden Produktes anhand des Ausgabedatensatzes.
Mit anderen Worten wird angepasste Plan anstelle des bisherigen aktuellen verwendet
und die Fertigung des zu fertigenden Produkten zuverlässiger und effizienter.
[0035] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Verwerfungsmaßnahme auf die Verwerfung des
aktuellen Fertigungsprozesses oder des aktuellen Plans gerichtet und eine Maßnahme
ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:
- Unterbrechen des aktuellen Fertigungsprozesses;
- Abbrechen oder Beenden des aktuellen Fertigungsprozesses; und
- Fortsetzen des aktuellen Fertigungsprozesses nach einer Unterbrechung oder nach Durchführen
einer Maßnahme.
[0036] Dementsprechend wird nach der Bewertung mittels der Verwerfungsmaßnahme der aktuelle
Fertigungsprozess oder der aktuelle Plan verworfen. Die Maßnahme zielt darauf ab,
die aktuelle Fertigung auf Basis des aktuellen Plans einzustellen. Anstelle einer
Anpassung kann nach der Unterbrechung oder dem Abbruch beispielsweise eine weitere
Analyse des Plans erfolgen oder ein neuer anderer Plan zur Fertigung verwendet werden
etc.
[0037] Die Erfindung betrifft ferner ein technisches System. Dementsprechend wird das erfindungsgemäße
Verfahren durch ein technisches System durchgeführt. Das technische System kann ein
oder mehrere Untereinheiten wie Recheneinheiten aufweisen. Beispielsweise können ein
Verfahrensschritt oder mehrere auf einer Recheneinheit durchgeführt werden. Andere
Verfahrensschritte können auf der gleichen oder einer anderen Recheneinheit durchgeführt
werden. Zusätzlich kann das technische System auch Speichereinheiten etc. aufweisen.
[0038] Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm,
das Mittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm
auf einer programmgesteuerten Einrichtung zur Ausführung gebracht wird.
[0039] Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise
als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form
einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder
geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk
durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder
dem Computerprogramm-Mittel erfolgen. Als programmgesteuerte Einrichtung kommt insbesondere
eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise eine Industriesteuerungs-PC oder eine Speicherprogrammierbare
Steuerung oder ein Programmable Logic Controller, kurz PLC, oder ein Mikroprozessor
für eine Smartcard oder dergleichen in Frage.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0040] In der folgenden detaillierten Beschreibung werden vorliegend bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung weiter beschrieben mit Bezug auf die folgenden Figuren.
- FIG 1
- zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- FIG 2
- zeigt einen Fertigungsprozess mit Prozessschritten gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung.
5. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
[0041] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug
auf die Figuren beschrieben.
[0042] Figur 1 stellt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Verfahrensschritten
S1 bis S5 schematisch dar.
[0043] Bereitstellen der Mehrzahl der Key-Performance-Indikatoren, KPIs, für das zu fertigende
Produkt und Ermitteln des Gesamt-KPIs S1, S2
[0044] Das zu fertigende Produkt und/oder die zugehörigen Produktziele können mit den KPIs
beschrieben werden. Beispiele für mögliche KPIs sind Kosten, Produktionszeit, Produktqualität
und verbrauchte Ressourcen etc. Die KPIs können Produkt-, Anlagen- oder situationsabhängig
definiert sein. Der Gesamt-KPI wird auf Basis der Mehrzahl der KPIs ermittelt, bevorzugt
durch die Definition von Gewichten der KPIs und die Berechnung eines gewichteten Mittelwerts.
Die Gewichte können ebenfalls Produkt-, Anlagen- oder situationsabhängig gewählt werden.
Sie beschreiben die relative Wichtigkeit einzelner KPIs für das Produkt bzw. dessen
Anwendung oder Einsatzzweck.
Erfassen der Prozessparameter S3
[0045] Beispielhafte Prozessparameter 14 sind im Folgenden aufgelistet:
- Parameter des Prozessschrittes
- Parameter der Fertigungsvorrichtung auf der der Prozessschritt ausgeführt wird
- Eigenschaften der verwendeten Materialien für den Prozessschritt
- Umweltparameter
- Bewertung des in diesem Prozessschritt erreichten Ergebnisses und
- weitere Daten, abhängig vom konkreten Fertigungsprozess
[0046] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Parametererfassung automatisch
durch eine oder mehrere Erfassungseinheiten, wie Sensoreinheiten oder Kameraeinheiten.
Die Sensoreinheiten können als beliebige Sensoren, wie Temperatursensoren etc. ausgebildet
sein. Die Kameraeinheiten können als beliebige Kameras zur Bilderkennung ausgebildet
sein. Eine beispielhafte Kamera ist eine Multispektralkamera. Die Datenerfassung ist
vorteilhafterweise quantitativ und qualitativ. Die erfassten Prozessparameter und/oder
weitere relevante Informationen für die Bewertung in den Schritten S4 und S5 können
in einer Speichereinheit gespeichert werden, wie in einer zentralen Datenbank. Weitere
relevante Informationen sind beispielsweise Zeitstempel etc. Dadurch können vorteilhafterweise
Erfahrungen aus den Fertigungsprozessessen 10 verschiedener Produkte für die einzelnen
Prozessschritte 12 mit unterschiedlichen Prozessparametern 14 gesammelt werden. Zusätzlich
zu den erfassten Prozessparametern 14 können nach der Durchführung der einzelnen Prozessschritte
12 auch die jeweils erreichten Ergebnissen in Form der KPIs erfasst und gesammelt
werden.
[0047] Figur 2 zeigt einen Fertigungsprozess 10 mit Prozessschritten 12 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Einige der Prozessschritte 12, wie Druckprozess, werden im Folgenden
im Detail erläutert:
Prozessschritt: Druckprozess ("Printing")
- Parameter und ID der Fertigungsvorrichtung auf der der Prozessschritt ausgeführt wird
- Eingangsdaten, Modell und Programm
- Umweltparameter, wie Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit
- Materialqualität, wie Klasse und Schwankung
- Bilder der Oberflächenbeläge ("Layeroberflächen"), beispielsweise vor und nach dem
Aufbringen eines Belags ("Layers")
Prozessschritt: Entpudern ("Depowdering")
- Parameter und ID der Fertigungsvorrichtung auf der der Prozessschritt ausgeführt wird
- Gewicht des Bauteils, beispielsweise vorher, nachher, Computer-Aided Design and Drafting,
CAD,- Referenzwert
- Qualität des losen Materials
Prozessschritt: Kühlen ("Cooling")
- Parameter und ID der Fertigungsvorrichtung auf der der Prozessschritt ausgeführt wird
- Gradient des Abkühlprozesses, Temperaturverlauf (Start, End) und Dokumentation der
Messstellen
Prozessschritt: Trennung ("Separation")
- Parameter und ID der Fertigungsvorrichtung auf der der Prozessschritt ausgeführt wird
- Oberflächenqualität
- Formvergleich mit Modell
Prozessschritt: Oberflächenfertigung ("Surface Finishing")
[0048] Die Oberflächenfertigung kann das Polieren, das Färben und/oder das Veredeln umfassen.
- Parameter und ID der Fertigungsvorrichtung auf der der
[0049] Prozessschritt ausgeführt wird
- Oberflächenqualität
- Prozessparameter
[0050] Bewertung des aktuellen Plans des Fertigungsprozesses und anschließende Durchführung
einer entsprechenden Maßnahme S4 und S5
[0051] Im Verfahrensschritt S4 wird der aktuelle Plan des Fertigungsprozesses 10 bewertet,
beispielsweise hinsichtlich einer konkreten Anwendung, Domäne oder anderen Bedingung.
Die Bewertung dient dazu eine Aussage über den damit voraussichtlich zu erreichenden
Gesamt-KPI für das zu fertigende Produkt in seinem vorgesehenen Anwendungszweck zu
erhalten. Der Eingabedatensatz umfassend den Gesamt-KPI und die Prozessparameter aus
den Verfahrensschritten S1 bis S3 werden für die Bewertung in Schritt S4 verwendet.
[0052] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Mittelwertbildung über den
Eingabedatensatz. Alternativ kann auch eine worst-case Abschätzung oder eine andere
Abschätzung erfolgen. Eine andere beispielhafte Abschätzung ist auf die mit einer
gewissen Sicherheit zu erreichenden Produktqualität gerichtet, beispielsweise mit
95% Wahrscheinlichkeit über dem gesetzten Ziel des KPIs (x%-quantil). Eine weitere
Ausführungsform berücksichtigt Randbedingungen an eine Produktanforderung (etwa Minimalqualität
oder Kosten) unter gleichzeitiger Maximierung der Produktqualität.
[0053] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Eingabedatensatz auch abhängig
von der konkreten Anwendung eingeschränkt oder gefiltert werden. Mit anderen Worten,
wird ein Filterschritt zwischengeschaltet, vor die Bewertung.
[0054] Beispielsweise können die folgenden Eingabedatensätze relevant sein und für die Bewertung
ausgewählt sowie verwendet werden
- die auf derselben Fertigungsvorrichtung oder auf der baugleichen Fertigungsvorrichtungen
gefertigt werden
- bei denen der Anwendungszweck des Produkts ähnlich ist und/oder
- deren Vorgeschichte gegeben durch die KPIs ähnlich ist. Dies kann im Fall des ersten
Produktionsschritts, beispielsweise die Materialqualität des verwendeten Materials
oder die Parameter der verwendeten ersten Maschine sein.
[0055] Im Folgenden sind beispielhaften Anwendungsfälle erläutert:
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Beginn der Fertigung:
- für eine konkrete Planung, um die Entscheidung zu treffen oder zu unterstützen, ob
der geplante Fertigungsprozess voraussichtlich die Ziele erfüllen wird
- für eine Menge an manuell definierten oder generierten Produktionsplanungsoptionen,
um aus dieser Menge die beste Möglichkeit auszuwählen
[0056] Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens während der Fertigung, unter Berücksichtigung
der bis dahin verfügbaren Informationen, insbesondere die in bisherigen Prozessschritten
beobachtete erreichte Ergebnisqualität
- für den aktuell geplanten Fertigungsprozess, um zu entscheiden, ob mit diesem Fertigungsprozess
und damit den nächsten Prozessschritten weitergearbeitet werden sollte, ob nach Alternativen
gesucht werden sollte, oder ob der Prozess abgebrochen werden sollte, da die Chancen
auf ein erfolgreiches Ergebnis nicht ausreichend sind
- für eine Menge an möglichen Folgeprozessen (z. B. für dasselbe Produkt), ausgehend
vom erreichten Stand, um die beste Option auszuwählen
[0057] Die erfassten und gesammelten Daten aus dem erfindungsgemäßen Verfahren können gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung auch für die Erzeugung vielversprechender Produktionsprozesse
genutzt werden. Dabei können Reinforcement-Learning Ansätzen eingesetzt werden, in
denen die Produktionsstrategie und die Erfahrungen bewertet werden.
[0058] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die erfassten und gesammelten Daten
auch erweitert werden und somit die Datenbasis verbessert werden. Die Daten, die in
der Fertigung von vorhandenen Erfahrungen abweichen (z. B. auf Basis neuer Erkenntnisse
über die Produktionsprozesse) können beispielsweise ebenfalls hinterlegt werden.
1. Computer-implementiertes Verfahren zum Bewerten eines aktuellen Plans eines Fertigungsprozesses
(10) zur Fertigung eines zu fertigenden Produktes; wobei
der aktuelle Fertigungsprozess (10) eine Mehrzahl von Prozessschritten (12) in einer
Abfolge aufweist; wobei
das zu fertigende Produkt im aktuellen Fertigungsprozess (10) mittels mindestens einer
Fertigungsvorrichtung gefertigt wird;
aufweisend die Schritte
a. Bereitstellen einer Mehrzahl von Key-Performance-Indikatoren, KPIs, für das zu
fertigende Produkt (S1);
b. Ermitteln eines Gesamt-Key-Performance-Indikators für das zu fertigende Produkt
aus der Mehrzahl der Key-Performance-Indikatoren mittels einer ersten Regel (S2);
c. Erfassen mindestens eines Prozessparameters (14) für jeden Prozessschritt (12)
der Mehrzahl der Prozessschritte (12) durch mindestens eine Erfassungseinheit (S3);
d. Bewerten des aktuellen Plans des Fertigungsprozesses auf Basis des ermittelten
Gesamt-Key-Performance-Indikators und der erfassten Prozessparameter mittels einer
zweiten Regel in Abhängigkeit von dem zu fertigenden Produkt (S4); und
e. Durchführen mindestens einer Anpassungsmaßnahme, mindestens einer Verwerfungsmaßnahme
hinsichtlich des Fertigungsprozesses oder Beibehaltung des Fertigungsprozesses in
Abhängigkeit von der Bewertung (S5) .
2. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fertigung eine additive
Fertigung, AM (Additive Manufacturing), ist.
3. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der aktuelle Plan
in einem digitalen oder maschinenlesbaren Format vorliegt.
4. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Erfassungseinheit eine Sensoreinheit, Kameraeinheit oder Bilderkennungseinheit
ist.
5. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Regel eine Aggregationsregel ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
einer Gewichtungsregel und einer Bedeutungsregel.
6. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die zweite Regel ein Reinforcement Learning-Ansatz, ein simulativer Ansatz oder ein
stochastischer Ansatz ist.
7. Computer-implementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die mindestens eine Anpassungsmaßnahme eine Maßnahme ist, ausgewählt aus der Gruppe,
bestehend aus:
- Anpassen des mindestens einen Key-Performance-Indikators aus der Mehrzahl der Key-Performance-Indikatoren;
- Anpassen des mindestens einen Prozessparameters;
- Anpassen des Ablaufs der Prozessschritte der Mehrzahl der Prozessschritte des Fertigungsprozesses;
- Anpassen des mindestens einen Prozessschritts der Mehrzahl der Prozessschritte des
Fertigungsprozesses;
- Anpassen der mindestens einen Erfassungseinheit;
- Anpassen der mindestens einen Fertigungsvorrichtung; und
- Anpassen der ersten Regel oder der zweiten Regel.
8. Computer-implementiertes Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin aufweisend mindestens
einen der folgenden Schritte:
- Bereitstellen des angepassten Plans nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme;
- Speichern des angepassten Plans nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme
in einer Speichereinheit, wobei die Speichereinheit als ein flüchtiges oder nicht-flüchtiges
Speichermedium ausgebildet ist, bevorzugt als Datenbank oder als Cloud;
- Einleiten der Fertigung des zu fertigenden Produktes nach Durchführung der mindestens
einen Anpassungsmaßnahme;
- Fertigen des zu fertigenden Produktes anhand des angepassten Plans durch die mindestens
eine Fertigungsvorrichtung nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme;
und
- Übermitteln des angepassten Plans an die mindestens eine Fertigungsvorrichtung oder
andere technische Einheit zur Fertigung nach Durchführung der mindestens einen Anpassungsmaßnahme.
9. Computer-implementiertes Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verwerfungsmaßnahme
auf die Verwerfung des aktuellen Plans gerichtet ist und eine Maßnahme ist, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus:
- Unterbrechen des aktuellen Fertigungsprozesses;
- Abbrechen oder Beenden des aktuellen Fertigungsprozesses; und
- Fortsetzen des aktuellen Fertigungsprozesses nach einer Unterbrechung oder nach
Durchführen einer Maßnahme.
10. Technisches System zum Durchführen des computerimplementierten Verfahrens nach einem
der vorhergehenden Ansprüche.
11. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Mittel zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist, wenn das Computerprogramm auf
einer programmgesteuerten Einrichtung zur Ausführung gebracht wird.